羅麗

摘要在不使用價(jià)格昂貴的顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的情況下，研究利用光學(xué)顯微鏡、智能手機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生觀察到顯微圖像并可與教師在課堂上實(shí)時(shí)雙向交流；以實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)的即時(shí)性，使學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤能及時(shí)得到發(fā)現(xiàn)和糾正；從而實(shí)現(xiàn)微生物實(shí)驗(yàn)顯微成像教學(xué)的低投入、高效率。

關(guān)鍵詞智能手機(jī)；顯微成像；互動(dòng)教學(xué)

中圖分類號(hào)S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）36-13160-02

目前，國(guó)內(nèi)高校微生物學(xué)教學(xué)仍以傳統(tǒng)教學(xué)為主，部分經(jīng)費(fèi)充裕的學(xué)校采用數(shù)碼顯微成像互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)教學(xué)。國(guó)內(nèi)高職院校在微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大多采用傳統(tǒng)教學(xué)法，其課堂教學(xué)過(guò)程主要呈現(xiàn)如下：教師講解、描述、PPT展示提前拍攝好的示范微生物制片，學(xué)生保證一人一臺(tái)顯微鏡觀察、學(xué)生操作顯微鏡，通過(guò)調(diào)節(jié)粗準(zhǔn)和細(xì)準(zhǔn)焦螺旋觀察到目標(biāo)細(xì)胞或結(jié)構(gòu)后，其結(jié)果的展示是通過(guò)目鏡鏡筒指針指示，舉手示意教師前來(lái)觀看并核查觀察結(jié)果。教師逐一走動(dòng)檢查較為耗時(shí)，且圖像不是同時(shí)呈現(xiàn)在師生面前，細(xì)微結(jié)構(gòu)無(wú)法解釋及學(xué)習(xí)。數(shù)碼顯微成像教學(xué)互動(dòng)系統(tǒng)成本極高，部分院校教師用一臺(tái)顯微成像教學(xué)示范儀器投影顯微圖像，但這是教師單向性的操作，無(wú)法解決學(xué)生觀察的圖像在師生面前同時(shí)展現(xiàn)的問(wèn)題。將智能手機(jī)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組合用于提高微生物學(xué)顯微教學(xué)效果的研究國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。該研究的目標(biāo)為：在不使用價(jià)格昂貴的顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的情況下，充分利用既有條件——光學(xué)顯微鏡、智能手機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生觀察到顯微圖像并可與教師在課堂上實(shí)時(shí)雙向交流，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)的即時(shí)性，使學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)并且得到糾正；實(shí)現(xiàn)教學(xué)低投入、高效率。

1解決的主要問(wèn)題

1.1傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題

高校生物技術(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容必定會(huì)涉及對(duì)微生物細(xì)胞的顯微觀察，即學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)能熟練使用光學(xué)顯微鏡，對(duì)制備好的裝片進(jìn)行鏡檢觀察。由于微生物細(xì)胞的微小性，放大倍率需要達(dá)到400～1 000倍時(shí)才可觀察其形態(tài)。需要教師即時(shí)檢測(cè)學(xué)生觀察結(jié)果，才能知道學(xué)生觀察圖像是否正確、以及學(xué)生能否當(dāng)場(chǎng)清楚解釋圖像不同部位的名稱。這正是在教學(xué)過(guò)程中的最大困難：學(xué)生如何就觀察到的顯微圖像與教師進(jìn)行交流，以便及時(shí)得到教師的指導(dǎo)。傳統(tǒng)教學(xué)中教師只有通過(guò)課后學(xué)生撰寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告才能獲知學(xué)生知識(shí)的掌握情況，對(duì)教學(xué)效果的掌握有滯后性。學(xué)生只有看到實(shí)驗(yàn)報(bào)告上教師的批改，才能獲知實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正誤。實(shí)驗(yàn)報(bào)告上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析也就沒(méi)有多少深度，且無(wú)法遏制學(xué)生之間抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象[1]。

1.2數(shù)碼顯微成像互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的教學(xué)方式是通過(guò)數(shù)碼顯微成像互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)師生交流。以一間90 m2教室為例，可以安裝1套教師端數(shù)碼攝像系統(tǒng)和50套學(xué)生端數(shù)碼攝像系統(tǒng)，教學(xué)效果較好，但價(jià)格昂貴。目前一套系統(tǒng)設(shè)備至少投入83萬(wàn)元。大部分院校尤其是普通高職院校難以承受如此高的教學(xué)投入。該系統(tǒng)的終端數(shù)量固定，參與互動(dòng)教學(xué)人數(shù)受到終端數(shù)量限制，無(wú)法靈活機(jī)動(dòng)，且專一性強(qiáng)，一門課程需要配備一室及一套系統(tǒng)設(shè)備；多門課程需要配備多室及多套系統(tǒng)設(shè)備，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的共享，且增加了人力管理成本[2-3]。

2操作方法

該方法只需要在現(xiàn)有光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上，添加1套多媒體電子白板互動(dòng)教學(xué)設(shè)備，1臺(tái)無(wú)線路由器，保證教室網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放，學(xué)生自備智能手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)操作。其關(guān)鍵技術(shù)為培訓(xùn)學(xué)生快速高效地拍攝出清晰的顯微圖像。圖片上傳后教師選取一定比例具有代表性的圖像即時(shí)評(píng)價(jià)，以確保大班化教學(xué)中教學(xué)效果可當(dāng)堂檢測(cè)。具體操作方法為：

①觀察放大400倍（真菌）或1 000倍（細(xì)菌）制片，調(diào)節(jié)顯微鏡使目鏡端呈現(xiàn)最清晰的顯微圖像；

②打開(kāi)自備的智能手機(jī)拍照功能；

③雙手橫執(zhí)手機(jī)，并騰出左手的小指扶住需要拍照的目鏡鏡筒外壁，以便穩(wěn)定支持手機(jī)機(jī)身不抖動(dòng)；

④手機(jī)鏡頭平行對(duì)準(zhǔn)顯微鏡任一目鏡平面并沿著中心光軸緩慢下移；

⑤當(dāng)手機(jī)屏幕中的圖像聚焦為最清晰的狀態(tài)且圖像占據(jù)手機(jī)屏幕2/3時(shí)，平穩(wěn)地按下拍照鍵即得顯微圖像；

⑥打開(kāi)手機(jī)WLAN，登錄QQ離線傳送給教師；

⑦教師接收?qǐng)D片并挑選一定比例有代表性的圖片放大、展示于電子白板上點(diǎn)評(píng)，其余圖片課后利用網(wǎng)絡(luò)完成點(diǎn)評(píng)。

3推廣價(jià)值

3.1節(jié)約教學(xué)成本以1套顯微成像控制系統(tǒng)，以Nikon牌顯微鏡，聯(lián)想牌電腦為例，1臺(tái)主機(jī)，50臺(tái)分機(jī)價(jià)格計(jì)算約在83萬(wàn)。該研究教學(xué)與顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)投入成本比較見(jiàn)表1。比較可知顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的投入成本是該研究方法的4倍?？梢?jiàn)該方法可大幅度地降低教學(xué)投入成本。

3.2節(jié)約教學(xué)時(shí)間以革蘭氏染色實(shí)驗(yàn)為例，36人同時(shí)授課，相同的實(shí)驗(yàn)較以前節(jié)約近40 min，當(dāng)場(chǎng)檢測(cè)反饋，教學(xué)效果良好（表2）。從表2可以看出，該研究方法在學(xué)生油鏡觀

察、教師逐一巡視指導(dǎo)項(xiàng)中沒(méi)有花費(fèi)時(shí)間，而是將教師巡視

指導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生拍攝顯微圖像，教師在QQ端遙控檢測(cè)上傳

3.3機(jī)動(dòng)靈活固化教學(xué)設(shè)備終端數(shù)量固定，上課人數(shù)過(guò)多則受其限制。該教學(xué)方式可大幅度降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本。只需學(xué)生自備智能拍照手機(jī)即可。采用該技術(shù)后，只要顯微鏡數(shù)量和教室容納量充足、上課人數(shù)可以相對(duì)靈活而不影響教學(xué)效果。不受場(chǎng)地和設(shè)備的限制，大班授課和大班演示時(shí)可使每位學(xué)生看清教師演示?？商岣邔W(xué)生的個(gè)人練習(xí)操作速度，加深其對(duì)微生物學(xué)應(yīng)用知識(shí)的認(rèn)識(shí)。在課堂上學(xué)生能實(shí)時(shí)接收教師的指導(dǎo)和糾錯(cuò)，提高教學(xué)效果。

3.4共享儀器設(shè)備單獨(dú)的顯微鏡設(shè)備可以領(lǐng)取到多個(gè)實(shí)驗(yàn)室使用，減少固定專有實(shí)驗(yàn)室的成本投入。涉及顯微觀察的生物類課程較多（表3）。若每門課程均購(gòu)置數(shù)碼顯微成像教學(xué)互動(dòng)系統(tǒng)，成本昂貴。該法只需建立顯微鏡存放室1間、增加顯微鏡臺(tái)數(shù)，比如100臺(tái)顯微鏡分為2組輪流使用，即可滿足植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、人體解剖生理學(xué)、普通生物學(xué)等生物類專業(yè)課程交替共用，節(jié)約成本的同時(shí)也提高了儀器設(shè)備的利用率。所以，該技術(shù)可以在其他課程的顯微教學(xué)中大范圍推廣應(yīng)用，減少各類課程在專業(yè)教室的固定設(shè)備投入，大幅度降低教學(xué)成本。上課人數(shù)可相對(duì)靈活不受場(chǎng)地和設(shè)備的限制；實(shí)現(xiàn)多門課程共享儀器設(shè)備提高儀器設(shè)備的利用率。

過(guò)程需要實(shí)時(shí)圖文交流的需求，讓學(xué)生利用智能手機(jī)拍攝通過(guò)顯微鏡觀察到的圖片，連同個(gè)人觀察結(jié)論一并上傳交流平臺(tái)，教師能方便快捷地檢查學(xué)生的觀測(cè)結(jié)果，快速評(píng)論、當(dāng)場(chǎng)糾錯(cuò)，學(xué)生可以當(dāng)場(chǎng)改正并重新觀察正確的結(jié)果。該研究方法在國(guó)內(nèi)發(fā)表成果中尚未見(jiàn)報(bào)道[4-6]。

該教學(xué)方法可使學(xué)生更直觀、更容易地學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)各種微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，可以及時(shí)糾正學(xué)生觀察到的錯(cuò)誤圖像，打破時(shí)間和空間的限制，避免傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生看錯(cuò)看偏的現(xiàn)象，提高教師課堂教學(xué)效率、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。全程教學(xué)中，學(xué)生必須提交手機(jī)顯微拍攝圖片給教師，使學(xué)生感到學(xué)習(xí)任務(wù)的緊迫，督促學(xué)生練習(xí)也提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。同時(shí)通過(guò)該方法可節(jié)省教學(xué)時(shí)間，減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)。

智能手機(jī)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將打破傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，同時(shí)打破顯微數(shù)碼成像互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的高價(jià)位。目前，智能手機(jī)已基本普及，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換速度已經(jīng)達(dá)到10 M，完全能夠滿足微生物顯微教學(xué)的需求。在操作過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題：比如手機(jī)拍照像素會(huì)影響圖片的質(zhì)量；手機(jī)成像與肉眼觀察的顯微圖像有色差；上傳的圖片在電腦屏幕和投影到電子白板的圖像有色差，這些問(wèn)題會(huì)影響教師對(duì)上傳的圖像成績(jī)的評(píng)判，但是隨著電子產(chǎn)品的日益更新，這些問(wèn)題將會(huì)得到改善和解決。隨著通訊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能手機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組合在顯微教學(xué)中的應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步向深度發(fā)展，使得教學(xué)投入的成本越來(lái)越低，效果越來(lái)越好。

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